城市綜合管廊交叉口設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

楊易靈 （合肥市市政研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

隨著城市的不斷發(fā)展，城市道路下敷設(shè)的管線越來越多，各種管線的敷設(shè)、增減、維修均會(huì)對(duì)交通和居民出行造成影響和干擾。綜合管廊可將各類市政管線集于一體，實(shí)現(xiàn)管線的“立體式布置”，既可以減少地下管線對(duì)道路的占用，又能避免由管線敷設(shè)和維修引起的挖掘道路，還能對(duì)管廊內(nèi)的管線進(jìn)行定期檢查、維修，確保管線穩(wěn)定安全，實(shí)現(xiàn)地下空間的綜合利用[1～2]。

近年來，國(guó)內(nèi)大中型城市都在加大綜合管廊的建設(shè)[3]。綜合管廊的斷面形式根據(jù)容納管線的種類、數(shù)量、施工方法綜合確定。綜合管廊的斷面通常采用矩形斷面，其優(yōu)點(diǎn)在于施工方便，管廊的內(nèi)部空間得以充分利用。兩條管廊相交，不可避免出現(xiàn)了交叉口節(jié)點(diǎn)，交叉口節(jié)點(diǎn)常見型式有“十”字形交叉口和“T”字形交叉口。交叉口節(jié)點(diǎn)荷載類型多樣，受力異常復(fù)雜，需要建立空間計(jì)算模型進(jìn)行精確分析，利用有效的措施，獲得合理的解決方案。本文以合肥市包公大道地下綜合管廊為工程實(shí)例，以雙艙箱型管廊交叉口節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，為了克服傳統(tǒng)的平面框架分析無法真實(shí)反映板的內(nèi)力分布，采用MIDAS GEN有限元軟件進(jìn)行三維模型分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形，解決了地下綜合管廊交叉口節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)受力問題。

2 工程概況

合肥市包公大道管廊的設(shè)計(jì)范圍為珍珠路至大眾路，管廊位于道路北側(cè)，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度約3077.42m。管廊為雙艙結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。包公大道與大眾路相交，道路下方兩條管廊交叉，采用“十”字交叉口節(jié)點(diǎn)連接，現(xiàn)以此為例，對(duì)交叉口進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。

“十”字交叉口節(jié)點(diǎn)為上下兩層，管廊上下層通過管線孔及人員檢修孔連通。節(jié)點(diǎn)上部覆土3.5m，節(jié)點(diǎn)最寬處10.7m，負(fù)一層、負(fù)二層凈高均3.0m，頂板厚400mm，中板厚500mm，底板厚600mm，側(cè)墻厚500mm。管廊交叉口平面圖見圖1所示。

圖1 管廊平面圖

3 模型分析

3.1 計(jì)算模型

本文通過MIDAS GEN軟件建立板單元空間結(jié)構(gòu)模型，準(zhǔn)確模擬綜合管廊非標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)及其受力行為。按照混凝土斷面的重心軸線確定單元及節(jié)點(diǎn)位置，模擬過程中不考慮結(jié)構(gòu)腋角的影響。結(jié)構(gòu)共3258個(gè)節(jié)點(diǎn)，4162個(gè)單元。整體模型如圖2所示。

圖2 十字交叉口計(jì)算模型（三維）

3.2 荷載作用

建立只受壓的面彈性支承，模擬土彈性邊界，基床系數(shù)按地勘資料取值。通過一般支承建立結(jié)構(gòu)橫向約束。節(jié)點(diǎn)豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、地面荷載及管廊內(nèi)設(shè)備自重等，地面荷載一般包括汽車荷載和地面堆載，取20kN/m2。水平荷載包括水土側(cè)壓及地面荷載引起的側(cè)向荷載。水土側(cè)壓按靜止土壓力采用水土分算，靜止土壓力系數(shù)取0.5。

對(duì)永久荷載及可變荷載的組合，考慮施工工況及使用工況，分別對(duì)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，取最不利工況計(jì)算配筋。在承載能力極限狀態(tài)下，按基本組合進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，在正常使用極限狀態(tài)下按標(biāo)準(zhǔn)組合及準(zhǔn)永久組合對(duì)裂縫及變形進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)抗浮進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按最不利地下水位情況驗(yàn)算，抗浮安全系數(shù)不小于1.10。

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 抗彎計(jì)算

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)頂板、中板、底板及側(cè)墻的承載能力極限狀態(tài)下的承載力，正常使用極限狀態(tài)下的板裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB50838-2015），構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.2mm[4]。本節(jié)點(diǎn)由正常使用極限狀態(tài)控制。頂板、中板、底板的水平和豎向內(nèi)力如圖3～圖10所示。

圖3 頂板水平彎矩

圖4 頂板豎向彎矩

圖5 中板水平彎矩

圖6 中板豎向彎矩

圖7 底板水平彎矩

圖8 底板豎向彎矩

圖9 側(cè)墻水平彎矩

圖10 側(cè)墻豎向彎矩

圖中可以看出，頂板、中板及底板的應(yīng)力集中均出現(xiàn)在支座處。頂板、底板應(yīng)力集中較為明顯，中板應(yīng)力分布相對(duì)平均。側(cè)墻在兩側(cè)及中部應(yīng)力集中，分布對(duì)應(yīng)頂?shù)装寮爸邪逦恢谩?/p>

其次，管廊交叉口節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)底板部位所受彎矩最大，中板部位彎矩次之，頂板及側(cè)墻部位彎矩最小。最后，頂板、中板、底板的水平彎矩和豎向彎矩相差不大。可以認(rèn)為，頂板、中板、底板均為雙向受力，設(shè)計(jì)時(shí)需針對(duì)模型計(jì)算結(jié)果，考慮雙向受力配筋。

4.2 抗浮計(jì)算

管廊交叉口為負(fù)二層結(jié)構(gòu)，自身抗浮穩(wěn)定性不能滿足要求，需采取抗浮措施。通常采用壓重法提高抗拔承載力，交叉口底板兩側(cè)外挑腳趾，腳趾上部覆土壓重。調(diào)整底板外挑腳趾的長(zhǎng)度，提高抗拔承載力?？垢∮?jì)算詳見下表。經(jīng)計(jì)算，本交叉口節(jié)點(diǎn)底板兩側(cè)各設(shè)置0.3m的腳趾。壓重后，交叉口抗浮系數(shù)為1.584，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論及建議

通過對(duì)交叉口節(jié)點(diǎn)整體建模分析，考慮不同工況下的多種荷載組合，以管廊交叉口節(jié)點(diǎn)為例，對(duì)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力和變形進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

①可采用Midas Gen有限元軟件對(duì)管廊交叉口節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維分析。交叉口節(jié)點(diǎn)頂板、中板、底板均為雙向板，兩個(gè)方向均受力，需考慮雙向配筋。設(shè)計(jì)過程中建議進(jìn)行三維分析，模擬結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布。

②自身抗浮不能滿足抗浮穩(wěn)定性要求，可采用壓重法提高抗拔承載力。